巧用物理模型解題

摘 要： 本文結(jié)合當(dāng)前教學(xué)教改的形勢和中學(xué)物理教學(xué)的特點(diǎn)，詳細(xì)地論述了應(yīng)用物理模型的方法、解題思路及技巧，提出了在中學(xué)物理教學(xué)中使用模型教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生能力的新思路。

關(guān)鍵詞： 培養(yǎng)能力 解題技巧 物理模型

物理學(xué)是一門研究物質(zhì)最普遍、最基本的運(yùn)動形式的自然科學(xué)。而所有的自然現(xiàn)象都不是孤立的。這種事物之間復(fù)雜的相互聯(lián)系，一方面反映了必然聯(lián)系的規(guī)律性，同時又存在著許多偶然性，使我們的研究產(chǎn)生了復(fù)雜性。人們在著手研究時，總是遵循這樣一條重要的方法論原則，即從簡到繁，先易后難，循序漸進(jìn)，逐次深入。根據(jù)這條原則，人們在處理復(fù)雜的問題時，總是試圖把復(fù)雜的問題分解成若干個比較簡單的問題逐個擊破，或者把復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)成比較簡單的問題。

基于這樣的一個思維過程，人們就創(chuàng)建了“物理模型”。可見，物理模型是指：物理學(xué)所分析的、研究的實(shí)際問題往往很復(fù)雜，為了便于著手分析與研究，物理學(xué)中常常采用“簡化”的方法，對實(shí)際問題進(jìn)行科學(xué)抽象的處理，用一種能反映原物本質(zhì)特性的理想物質(zhì)（過程）或暇想結(jié)構(gòu)，去描述實(shí)際的事物（過程）。這種理想物質(zhì)（過程）或假想結(jié)構(gòu)稱之為“物理模型”。

建立和正確使用物理模型對學(xué)生的思維發(fā)展、解題能力的提高起著重要的作用，能起到事半功倍的效果。本文就舉例談?wù)劺梦锢砟Ｐ停喗荨?zhǔn)確解決物理問題的途徑與方法。

［例1］如圖一所示，在光滑的水平面上靜止著兩小車A和B，在A車上固定著強(qiáng)磁鐵，A車總質(zhì)量為5kg，B車上固定著一個閉合的螺線管，B車的總質(zhì)量為10kg。現(xiàn)給B車一個水平向左的100N·s瞬間沖量，若兩車在運(yùn)動過程中不發(fā)生直接碰撞，則相互作用過程中產(chǎn)生的熱能是多少？

本題以動量守恒定律、能的轉(zhuǎn)化守恒定律、楞次定律等知識點(diǎn)為依托，考查分析、推理能力，等效類比模型轉(zhuǎn)換的知識遷移能力。

解題方法與技巧：由于感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙導(dǎo)體和磁場間相對運(yùn)動，A、B兩車之間就產(chǎn)生排斥力，以A、B兩車為研究對象，它們所受合外力為零，動量守恒，當(dāng)A、B車速度相等時，兩車相互作用結(jié)束，據(jù)以上分析可得：

從B車運(yùn)動到兩車相對靜止過程，系統(tǒng)減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，電能通過電阻發(fā)熱，轉(zhuǎn)化為焦耳熱。根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒：

［例2］在原子反應(yīng)堆中抽動液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動血液等導(dǎo)電液體時，由于不允許傳動的機(jī)械部分與這些液體相接觸，常使用一種電磁泵，圖二所示為這種電磁泵的結(jié)構(gòu)。將導(dǎo)管放在磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)電液體時，這種液體即被驅(qū)動。如果導(dǎo)管中截面面積為a·h，磁場的寬度為L，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，液體穿過磁場區(qū)域的電流強(qiáng)度為I，求驅(qū)動力造成的壓強(qiáng)差為多少？

解題方法與技巧：此題的題源背景是電磁泵問題，它的原理是，當(dāng)電流流過液體時，液體即為載流導(dǎo)體，在磁場中將受到安培力作用，力的方向由左手定則判定，所以液體將沿v的方向流動。液體通電后可視為導(dǎo)體，從電磁場的原理圖中可抽象出如圖三所示的模型，既通電導(dǎo)體在磁場中受力模型。以載流導(dǎo)體為研究對象，根據(jù)安培力公式，載流導(dǎo)體受到的安培力

（即液體受力）為：

由此我們可以看出，理想化模型就是為便于對實(shí)際物理問題進(jìn)行研究而建立的高度抽象的理想客體。

高考命題以能力立意，而能力立意又常以問題立意為切入點(diǎn)，千變?nèi)f化的物理命題都是根據(jù)一定的物理模型，結(jié)合某些物理關(guān)系，給出一定的條件，提出需要求的物理量的。而我們解題的過程，就是將題目隱含的物理模型還原，求結(jié)果的過程。

運(yùn)用物理模型解題的基本程序：

（1）通過審題，攝取題目信息。如：物理現(xiàn)象、物理事實(shí)、物理情景、物理狀態(tài)、物理過程等。

（2）弄清題給信息的諸因素中什么是主要因素。

（3）尋找與已有信息（某種知識、方法、模型）的相似、相近或聯(lián)系，通過類比聯(lián)想或抽象概括，或邏輯推理，或原型啟發(fā)，建立起新的物理模型，將新情景問題“難題”轉(zhuǎn)化為常規(guī)命題。

（4）選擇相關(guān)的物理規(guī)律求解。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。”